1.2.3.1　浅层气

浅层气（shallow gas）通常指海床底下1 000 m之内聚积的气体，其有时以含气沉积物（浅层气藏）存在，有时以超压状态（浅层气囊）出现，有时直接向海底喷逸。有的文献称之为载气沉积。浅层气是深海油气开发中一种危险的灾害地质类型。它们尚未形成矿床，却具有高压性质，会引起火灾甚至导致整个平台烧毁。地层含气还会降低沉积物的剪切强度，影响钻井工程。

浅层气对海洋工程的危害性体现在以下几个方面：

①含气沉积抗剪强度和承载能力比相应的沉积物要低。一般说来，气体增加导致孔压增大，同时抗剪强度减小，从而易引起灾害事件的发生。

②导致地层承载力的不均匀。不论是浅层沼泽气还是深部石油天然气，其不均匀分布引起含气区内部本身的承载力不同，与周边未发育浅层气区的地层承载力亦不同，可造成海洋工程尤其钻井平台桩腿的不均匀沉降，使平台倾斜甚至翻倒，其后果将不堪设想。

③气体释放导致的破坏作用。当钻入载气沉积或由于载重过大引起沉积层崩裂时，会引起气体的突然释放，从而对管道和平台产生破坏作用，特别是高压浅层气释放时甚至可以引起燃烧，造成生命及财产损失。1975年墨西哥湾的一座钻井平台当钻至海床下300 m时遇浅层高压气囊，气体喷发引起火灾，平台和一批仪器设备全部毁坏。北部湾的湾3井，钻遇浅层高压气囊致猛烈喷气，所幸因措施得当而避免了事故的发生。

④预防不到位、认识不足导致事故发生。由于浅层气体积小难以预测，且层位浅，常常突然出现；压力高，一旦井喷，能使井眼迅速卸载，致使所有的钻井液喷出，继而失去一次井控的机会；层位浅，使报警信号反应的时间短，天然气可能在几乎没有报警的情况下到达井口；深水的浅层气通常压力都较高，表层地层一般是薄弱地层，若在安装隔水管情况下发生井喷，不能强行关井，易憋裂地层，使之失去控制，造成井喷、爆炸起火、烧毁钻机；若没有装隔水管，则气体会呈漏斗状向上快速膨胀、扩散，影响范围较大，后果同样严重。浅井段钻进时，井口的控制装置较少，施工人员对浅层气危险性认识不足，也是引起事故的重要因素之一。

1.2.3.2　浅水流

浅水流（shallow water flow）是指海底沉积物中有机质分解的甲烷气体或地层深部油气运移产生的高压气层以及快速沉积产生的高压盐水层。国外深水研究表明，浅层气和浅层水可能单独存在，也可能混合存在，但以浅层水为多，通常称之为浅水流。

浅水流出现在深水（水深400～2 500 m）超压、未固结砂层中，是深水油气勘探开发中常遇到的地质灾害问题。深水钻井在沉积层顶部钻遇细粒沉积砂层，沉积砂层压力非常高，以至于在井孔内产生强烈的砂水流，从而导致钻井的巨大损失。这一现象通常发生在海底下较浅（泥线下250～1 200 m）的深度范围内，因此这种高压砂层现象称作“浅水流”。浅水流易发生在砂体疏松未固结，具有较大的孔隙度和渗透率，由低渗透的泥或泥页岩覆盖，产状有一定的倾斜，规模上有一定的体积，足以产生大量砂水流的地质环境中。

浅水流在1985年才首次被报道。根据Fugro Geo service公司早些年的研究报告，大约有70%的深水井曾经遇到过浅水流问题。墨西哥湾122口深水井统计表明，只有26口井没有浅水流问题，96口井要克服浅水流诱发问题达到工程目的。据报道，在南里海、挪威海和北海也都发现了浅水流问题。

1）浅水流的形成机制

浅水流的发生有三个主要的条件：砂质沉积物、有效的封闭层和过高压。从目前的研究来看，对浅水流的形成机制比较一致的认识是认为机械压实作用不平衡导致了砂层出现过高压而形成地质灾害。也就是说，如果页岩和泥岩上部的沉积速率非常快，可造成其载荷的快速增加。分散包裹在页岩和泥岩内部的砂体在不断加大的载荷作用下需要往外排出水分，但是由于周围被低渗透率的页岩或泥岩包围，其排水受到了阻碍从而造成孔隙压的增大，同时降低了颗粒之间的有效压力，使沉积颗粒接近悬浮状态。由此可见，浅水流本质上就是出现异常高压的地下砂体。综合前人的研究成果，浅水流层中异常高压除上述最主要的机械压实作用不平衡导致以外，还可能有以下几种形成机制：

①成岩作用引起的黏土脱水作用和蚀变。蒙脱石是黏土的重要组分，颗粒之间包含了相当数量的水分。在65～120℃的温度下，蒙脱石在钾长石的催化作用下开始脱水转变成伊利石。这个过程将蒙脱石中的层间水释放到孔隙中成为自由水，造成孔隙压力的增加和有效应力的减小。

②浮力作用。如果砂体中的水全部或部分被油气取代后，由于油气的密度比水小，在浮力作用下造成孔隙的膨胀，从而使储层内的孔隙压力增加。这种机制的主要影响因素是油气的密度、油气柱的高度和孔隙水的密度。(www.daowen.com)

③构造抬升或侵蚀。如果地层遭受快速抬升和侵蚀，同时由于封闭性较好，仍保持着其内部的孔隙流体压力，那么也会造成该深度处的异常孔隙压，在南美的奥里诺科河三角洲、委内瑞拉、特立尼达岛、苏门答腊岛和加利福尼亚都有这种现象的出现。

④水热压力。水热增压现象是指由于孔隙流体的热膨胀系数比周围岩石骨架的高，因此当地层被掩埋并封闭较好时，随着温度的升高孔隙流体膨胀导致异常高压。在深水环境下，浅水流的存在形式较为复杂，一般体积较小难以预测；而且浅水流所处的层位浅，常常突然出现，使报警反应时间短，并可能使浅水流在几乎没有报警的情况下到达地面。浅水流的压力一般较高，一旦井喷，能使井眼迅速卸载，使所有的钻井液喷出，继而失去井控的机会。在产生浅水流的情况下，由于深水表层地层薄弱，一旦发生井喷，还不能强行关井，关井易憋裂地层，使之失去控制，造成更大的井喷、爆炸起火、井口塌陷、钻机烧毁等事故的发生。

2）浅水流对钻井工程的影响

许多情况下，由于在浅井段钻进时，一般施工作业人员对浅水流危险性认识不足，所以更易于引起事故。浅水流对钻井工程的影响包括以下几个方面：

①浅水流可能产生关联漏失。浅水流流出地层后引起浅水流圈闭系统的压力降低，井壁就会垮塌，从而引起关联漏失。危险性评级为高。

②井筒腐蚀、完井不好。浅水流当中有的含有高腐蚀性矿物，其与井筒接触后就会腐蚀井筒，给作业和生产带来一系列的问题，进一步会影响到后来的完井问题。危险性评级为中。

③基底不稳定性。大量的浅水流涌出后就可能引起基底以下的地层垮塌，最终会破坏基底的稳定性，从而引起井口下陷的事故。危险性评级为极高。

④气体水合物。浅水流中可能会携带气体水合物进入井中，从而引起井口、防喷器、隔水管和压井阻流管线堵塞。危险性评级为极高。

⑤井眼报废。严重的浅水流会造成井口塌陷或者持续井涌数月之久，最终造成井眼报废。危险性评级为极高。

⑥影响固井质量。很多浅水流中含有气体水合物，如果固井水泥浆类型选择不当就可能影响固井质量或导致固井失败。危险性评级为中。

1.2.3.3　不稳定的浅地层

海床不稳定性在某些地方表现为海底滑坡。尽管斜坡越陡不稳定风险越大，但是目前发现的海底滑坡主要见于坡度低于2°的斜坡。作为钻井风险评估基础研究的一部分，海底不稳定性从短期或长期来看都值得认真考虑。

深水海床的地质状况有许多不稳定因素，其中包括斜坡滑塌、地质疏松和流动泥浆等对钻井不利的情况。一般遇到深水松软海床会产生大量问题。更重要的是水下机器人对海底能见度的要求。因为水下机器人在前期深水井段中起着很重要的作用，所以必须对海底能见度予以评估，以保证井口和井口基盘的稳定性。深水固井过程要保证对疏松地层的影响最小，对冲洗隔离液的要求较高，一般需要采用具有层流效果的冲洗隔离液，以保证井眼稳定。